《基于NX的一種仿形海綿型真空吸盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真》10000字（論文）

緒論1.1選題的研究背景和意義隨著近年來智能制造的發(fā)展趨勢，我國的智能制造產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，為了響應(yīng)國家“十四五”規(guī)劃，推動(dòng)制造業(yè)優(yōu)化升級(jí)，針對(duì)目前的濕紙巾裝箱設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上逐步實(shí)現(xiàn)更高效，自動(dòng)，穩(wěn)定，綠色的裝箱方法，顯著提高生產(chǎn)效率。本文選題主要是為了針對(duì)目前的濕紙巾裝箱設(shè)備的裝配機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化從而提高濕紙巾裝箱設(shè)備的工作效益以及工作穩(wěn)定性，運(yùn)用自己再大學(xué)期間所學(xué)的工程力學(xué)，工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)，測試與傳感技術(shù)，機(jī)械制造技術(shù)，機(jī)械制圖等，從而提高濕紙巾裝箱設(shè)備整體的現(xiàn)代化水平和生產(chǎn)效率，也為自己以后的工作積累經(jīng)驗(yàn)。1.2裝箱機(jī)器人的研究狀況由國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)的統(tǒng)計(jì)，2009~2017年，全球工業(yè)機(jī)器人銷量年均增長26%。2017年，全球工業(yè)機(jī)器人的銷售數(shù)量又到了新的高度，已經(jīng)達(dá)到了38.1萬臺(tái)，同往年相比增長了30%左右。根據(jù)《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2021年）》上面的分析，即使近幾年來受到了疫情的影響，直到2020年，我國的工業(yè)機(jī)器人市場仍然占據(jù)全球市場的40%左右的占比，而包裝裝箱機(jī)械行業(yè)在其中占據(jù)了比較大的一部分。近年來，我們國家的裝箱機(jī)市場的需求量不斷增長。由相關(guān)分析顯示，僅僅是我們國內(nèi)的一家大型的國有紙巾制造生產(chǎn)企業(yè)里面的生產(chǎn)線就需要配套安裝的裝箱機(jī)30多臺(tái)，潛在的市場銷售價(jià)值可達(dá)2000萬元左右。另外，由于現(xiàn)在的紙巾市場發(fā)展需要，裝箱機(jī)特別在軟包裝紙巾的生產(chǎn)制造相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的運(yùn)用同時(shí)具有非常大的市場。根據(jù)調(diào)查顯示，我國的相關(guān)紙巾企業(yè)就高達(dá)4000多家，如果按照每個(gè)企業(yè)生產(chǎn)線安裝1臺(tái)—3臺(tái)裝箱機(jī)計(jì)算，那么整個(gè)市場需求量可達(dá)4000臺(tái)—12000臺(tái)，銷售總額度可達(dá)到20億元人民幣—60億元人民幣左右。由上述分析可見，我國未來裝箱機(jī)市場前景非常樂觀。目前，我國的包裝裝箱機(jī)械行業(yè)正受到由于疫情影響的全球性的經(jīng)濟(jì)緩速增長的影響和來自國際市場同產(chǎn)業(yè)競爭的挑戰(zhàn)，采用價(jià)格戰(zhàn)的競爭銷售策略已經(jīng)不能用來作為一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品優(yōu)勢。我們必須得抓住機(jī)遇，重新優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以更優(yōu)秀的產(chǎn)品升級(jí)來提升整個(gè)企業(yè)競爭力是未來包裝裝箱機(jī)械行業(yè)應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)的唯一出路。面對(duì)我國包裝裝箱機(jī)整體的市場需求，包裝裝箱機(jī)械企業(yè)應(yīng)該把側(cè)重點(diǎn)放在開發(fā)提升一批具有國際先進(jìn)水平的全自動(dòng)、多功能、環(huán)保、穩(wěn)定性強(qiáng)、效率高的現(xiàn)代化裝箱機(jī)，從而提高國產(chǎn)裝箱機(jī)的市場競爭力。1.3研究目的、內(nèi)容及意義本文對(duì)于濕紙巾裝箱設(shè)備的裝配機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行了研究，確定了整個(gè)裝箱設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行了抓取結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，選定了合適的6軸機(jī)器人作為主要抓取結(jié)構(gòu)的主體來源。改進(jìn)傳統(tǒng)的機(jī)械抓取方式，選用了一種仿形海綿型真空吸盤的抓取方式，在抓取這種外包裝材質(zhì)比較容易變形的物體上面，利用NX對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，同時(shí)還對(duì)模型的運(yùn)動(dòng)可行性進(jìn)行了有限元分析，逐步優(yōu)化，最終確定抓取結(jié)構(gòu)的選型選材，以及真空發(fā)生器對(duì)于產(chǎn)品的影響時(shí)間和各個(gè)產(chǎn)品的最大吸氣量進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而確定了真空發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，以及型號(hào)參數(shù)，讓整個(gè)抓取系統(tǒng)更穩(wěn)定快捷的工作。在傳送方面，選擇使用同步帶的傳動(dòng)方式，并且對(duì)于電動(dòng)機(jī)，減速器，聯(lián)軸器等型號(hào)特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合實(shí)際的使用條件和要求，以理論分析為基礎(chǔ)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的計(jì)算，從而設(shè)計(jì)出更快捷，穩(wěn)定性更高的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。從而整體提高濕紙巾裝箱設(shè)備的工作效益和穩(wěn)定性。2機(jī)器人搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)2.1機(jī)器人搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)的概況機(jī)器人搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)目的是采用機(jī)器人作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把生產(chǎn)線傳送帶上面的濕紙巾，利用機(jī)器人上面安裝的機(jī)械模塊，從傳送帶上面抓取放置到箱子里面。機(jī)器人搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)如圖2-1所示，主要是由ABB機(jī)器人、手部搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)和底座組成。手部搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)整個(gè)架體采用了剛性連接，架體上部分可以和機(jī)器人的手腕部分通過螺紋聯(lián)接進(jìn)行固定。其中對(duì)于手部搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)的重要組成元器件是真空發(fā)生器、海綿型真空吸盤、氣動(dòng)導(dǎo)軌滑臺(tái)氣缸和雙杠氣缸。真空吸附機(jī)構(gòu)由兩個(gè)海綿型真空吸盤組成，左右各一對(duì)，形狀呈矩形分部。真空元件是利用真空壓力為動(dòng)力源，利用真空發(fā)生器作為實(shí)現(xiàn)真空吸附式抓取機(jī)構(gòu)是一種新型、高效、清潔、經(jīng)濟(jì)、小型方便的可靠結(jié)構(gòu)工具。尤其用在自動(dòng)化設(shè)備上，更是得到了極大方面的推廣應(yīng)用。對(duì)于小型產(chǎn)品來說，特別是柔性包裝而已，傳統(tǒng)的機(jī)械抓取方式往往效率不高，夾持的時(shí)候容易變形，而且相對(duì)于濕紙巾這種外包裝還是光滑材質(zhì)而言，抓取難度更大了。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)濕紙巾的抓取、移動(dòng)、放置等動(dòng)作穩(wěn)定可靠的實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的仿形式海綿型真空吸盤來用于這種柔性包裝的抓取。圖2-1機(jī)器人搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)1-ABB機(jī)器人2-手部搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)3-底座2.2機(jī)器人的選型工業(yè)機(jī)器人作為廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或者多自由度的機(jī)器裝置，為滿足搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍以及承受載荷的要求，選用的是ABB工業(yè)機(jī)器人IRB-4600產(chǎn)品。IRB4600本身的特點(diǎn)是精度高、范圍大、速度快、機(jī)身纖巧、防護(hù)周密并且可靠性高。IRB的工作范圍如圖2-2所示。抓取機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍為1米，足以覆蓋抓取機(jī)構(gòu)的整個(gè)工作區(qū)間。手部搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)的整體重量為12KG，小于IRB4600的手臂有效載荷20KG。圖2-2IRB4600機(jī)器人工作范圍2.3手部抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)手部抓取機(jī)構(gòu)如圖2-3所示，主要是由兩根4545鋁型材1連接著左右兩個(gè)吸盤抓取模塊2，兩根鋁型材之間采用螺紋聯(lián)接在頂部的連接板上，并且前后兩端采用鋁型材角碼加固。鋁型材下部分與吸盤抓取模塊連接的地方，也采用鋁型材角碼進(jìn)行加固，以防在高速運(yùn)動(dòng)中整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不必要的抖動(dòng)。圖2-3手部抓取機(jī)構(gòu)1-4545鋁型材2-吸盤抓取模塊2.3.1吸盤抓取模塊的設(shè)計(jì)吸盤抓取模塊如圖2-4所示，主要是由三部分組成氣動(dòng)導(dǎo)軌滑臺(tái)1、雙杠氣缸和海綿型真空吸盤。本模塊結(jié)構(gòu)主要的工作原理是，當(dāng)整個(gè)手部搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)到達(dá)需要抓取的指定初始位置時(shí)，左右兩邊的雙杠氣缸2向外伸出，再下降到第二高度（距離濕紙巾4一個(gè)氣動(dòng)導(dǎo)軌滑臺(tái)1的往復(fù)行程距離）時(shí)候，氣動(dòng)導(dǎo)軌滑臺(tái)向下方伸出，海綿型真空吸盤3與濕紙巾進(jìn)行接觸少量變形，接著觸發(fā)真空發(fā)生器，從而在真空吸盤的腔體里產(chǎn)生負(fù)壓吸力，從而達(dá)到抓緊固定濕紙巾的作用。等待ZSE壓力傳感器接受到信號(hào)，確認(rèn)抓取成功之后，雙杠氣缸往回收縮，雙杠氣缸連接的兩邊鈑金撥片向內(nèi)輕壓濕紙巾兩側(cè)包裝，從而減少裝箱時(shí)候箱體對(duì)濕紙巾的摩擦碰撞，從而保證濕紙巾的外觀完整性。等到進(jìn)入放置箱體中的指定位置時(shí)候，關(guān)閉真空發(fā)生器，真空吸盤的腔體快速失去負(fù)壓吸力，同時(shí)啟動(dòng)導(dǎo)軌滑臺(tái)向上放進(jìn)行縮回運(yùn)動(dòng)，讓濕紙巾順著重力掉落，從而完成放置濕紙巾的動(dòng)作。等ZSE壓力傳感器上面的信號(hào)為零時(shí)，確認(rèn)放置動(dòng)作已經(jīng)結(jié)束，整個(gè)模塊重新返回到動(dòng)作設(shè)置的初始位置上面，等待觸發(fā)信號(hào)開始下一次的抓取運(yùn)動(dòng)循環(huán)開始。圖2-4吸盤抓取模塊1-氣動(dòng)導(dǎo)軌滑臺(tái)2-雙杠氣缸3-海綿型真空吸盤4-濕紙巾2.3.2真空元器件的設(shè)計(jì)2.3.2.1真空發(fā)生器的計(jì)算真空吸盤是真空設(shè)備的執(zhí)行元器件之一，它可以用于提升、抓取、夾持以及輸送十幾克甚至幾十斤的重的物品。其工作原理是，利用氣管與真空設(shè)備（例如真空發(fā)生器之類）接通真空吸盤的氣動(dòng)回路。接著與需要吸取的物品進(jìn)行接觸，啟動(dòng)真空設(shè)備進(jìn)行氣體的抽取，這時(shí)候真空吸盤的腔體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一股負(fù)壓氣體，從而把需要吸取的物品抓住，就可以進(jìn)行其它的搬運(yùn)動(dòng)作。本設(shè)計(jì)采用的海綿型真空吸盤原理與普通真空吸盤大致一樣，海綿真空吸盤的主要工作原理是：由空壓機(jī)提供的壓縮氣體流過中間收縮的噴嘴后，從噴嘴的末端會(huì)產(chǎn)生一股高速的噴射氣流，從而帶動(dòng)氣體周圍的靜止流體一起向前方流動(dòng)，接著在中間的噴嘴里產(chǎn)生了一股快速的氣流，從而中間的噴嘴會(huì)形成一股負(fù)壓，誘導(dǎo)整體真空吸盤進(jìn)行二次真空。在計(jì)算真空吸盤的整體設(shè)計(jì)尺寸時(shí)，最主要的是確實(shí)吸盤所需的吸附力的大小數(shù)值，采用最簡單的力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算：F=P×A可以算出符合產(chǎn)品的真空吸盤所需的設(shè)計(jì)尺寸。式中：F-理論吸附力(N)，P-真空壓力（-kPa），A-吸盤的吸附面積（cm2）。已知吸附物品的重量，以及吸盤的吸附面積，故真空發(fā)生器的真空壓力可通過公式計(jì)算：P=FA又根據(jù)理論起吊力公式進(jìn)行計(jì)算：F=0.1×P×A可以算出：P=FA所得的物品理論吸附力為1.247kpa，所需的理論起吊力12.47kpa。2.3.2.2真空發(fā)生器的選用根據(jù)計(jì)算得出的結(jié)果，需要滿足單個(gè)海綿真空吸盤腔體的最大真空壓力為12.47kPa，吸盤抓取模塊每次抓取兩個(gè)物品，一個(gè)吸盤抓取模塊配備一個(gè)真空發(fā)生器，則每個(gè)真空發(fā)生器的最大真空度不能少于兩倍理論起吊力（實(shí)際測試允許60%左右的泄露），則計(jì)算出真空發(fā)生器的最大真空壓度不小于62.35kPa。所以本設(shè)計(jì)選用VTM304多級(jí)真空發(fā)生器如表2-1所示，其最大真空度為92kPa，滿足實(shí)際使用需求。表2-1VTM真空發(fā)生器參數(shù)型號(hào)最佳供氣壓力最大真空度最大真空流量空氣消耗軟管內(nèi)徑(長度2m以內(nèi))供氣真空換氣VTM3014～692380120～160?6?12?12VTM3024～692620220～320?6?15?15VTM3034～692860320～460?8?19?20VTM3044～692990420～560?8?19?20VTM3054～6921380560～805?10?25?32VTM3064～6921460660～940?10?25?323同步提升裝箱機(jī)構(gòu)3.1同步提升裝箱機(jī)構(gòu)的概況同步提升裝箱機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)目的是接合整條生產(chǎn)線上傳送過來的已經(jīng)打開拼接好的箱子，傳送帶上采用擋板氣缸進(jìn)行間隔定位，又采用同步帶以及滾珠絲桿傳動(dòng)，使得整個(gè)裝箱升降平臺(tái)進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，利用上面的導(dǎo)向模塊進(jìn)行二次定位，提高整體的定位精度，從而配合機(jī)器人搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝箱運(yùn)動(dòng)。同步提升裝箱機(jī)構(gòu)主要是由三部分組成如果3-1所示。動(dòng)力滾筒線、裝箱升降結(jié)構(gòu)和安裝底座。動(dòng)力滾筒線和裝箱升降結(jié)構(gòu)都安裝在底座上，整個(gè)底座由4060鋁型材拼接而成，以減少其運(yùn)動(dòng)時(shí)候帶來的震動(dòng)，提高了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。動(dòng)力滾筒線主要是負(fù)責(zé)箱子的快速傳輸。裝箱升降結(jié)構(gòu)主要是讓傳送到位的箱子，以最短的時(shí)間，迅速的進(jìn)行定位和固定。圖3-1同步提升裝箱機(jī)構(gòu)1-底座2-裝箱升降結(jié)構(gòu)3-動(dòng)力滾筒線3.2動(dòng)力滾筒線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)動(dòng)力滾筒線機(jī)構(gòu)如圖3-2所示，主要是由前后擋停，左右導(dǎo)向定位擋停和整個(gè)雙鏈輪滾筒組成。圖3-2動(dòng)力滾筒線1-前后擋停2-左右導(dǎo)向定位擋停3-雙鏈輪滾筒3.2.1滾筒線的選型滾筒線是一種使用比較廣泛的傳送設(shè)備之一。適用于各種箱體，包裝以及中小型物件的運(yùn)輸。滾筒線的主要特點(diǎn)是：滾筒線的裝配結(jié)構(gòu)簡單，各個(gè)部件裝配時(shí)易于銜接，甚至可以同時(shí)采用多條滾筒線配合對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品運(yùn)輸設(shè)備組合成一整套較為復(fù)雜的產(chǎn)品輸送系統(tǒng)。而且安裝后的可靠性高，使用便捷，維護(hù)方便，因其結(jié)構(gòu)簡單，所以滾筒線能簡單容易安裝于各種滾筒裝配線輸送機(jī)之間，從而滿足各種產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝需求。本設(shè)計(jì)中的運(yùn)動(dòng)滾筒線機(jī)構(gòu)中的滾筒線主要采用雙鏈輪結(jié)構(gòu)方式，整體采用3060鋁型材作為整體機(jī)構(gòu)框架，利用雙鏈條和外接一臺(tái)精研調(diào)速電機(jī)形成一整套的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，以帶動(dòng)滾筒線的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)傳輸箱子的目的。3.2.2主傳動(dòng)的設(shè)計(jì)因?yàn)樾枰浜险w裝箱結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度需求，本設(shè)計(jì)主傳動(dòng)才用的是精研調(diào)速電機(jī)90YT90GV22配合對(duì)應(yīng)的SPC面板式調(diào)速器，從而實(shí)現(xiàn)中低速的無級(jí)調(diào)速效果。SPC面板式調(diào)速器的特點(diǎn)是：采用了SMD（表面貼裝器件）制造，可靠性高。而且只需連接單相220v電源以及與精研調(diào)速電機(jī)的信號(hào)控制線，接線簡單，使用方便。配合PLC的觸點(diǎn)控制，更容易實(shí)現(xiàn)程序的連鎖點(diǎn)動(dòng)。內(nèi)置運(yùn)行電容，從而起到保護(hù)核心電源器件不受損壞。并且旋鈕式的調(diào)速設(shè)計(jì)，從而更簡單的測試控制寬范圍的無級(jí)變速。本設(shè)計(jì)才用的SPC面板式調(diào)速器的調(diào)速范圍為90~1600r/min，滾筒選擇了直徑為60的304不銹鋼滾筒，由公式V=n×d×π可以算出滾筒線每分鐘的線速度。式中：V-線速度，n-轉(zhuǎn)速，d-不銹鋼滾筒半徑。已知SPC面板式調(diào)速器的轉(zhuǎn)速，以及不銹鋼滾筒半徑，故滾筒線的線速度范圍可通過公式計(jì)算：最低每分鐘的線速度為：Vmin=n×d×π最高分鐘的線速度為：Vmax=n=301440mm/min足以滿足濕紙巾裝箱機(jī)的運(yùn)動(dòng)周期速度需求。3.2.3擋停的設(shè)計(jì)滾筒線的前后擋停采用TCM25×50的雙杠氣缸，利用一塊擋停安裝板固定在雙鏈滾筒線下方的鋁型材上，雙杠氣缸上面垂直安裝了一塊氣缸擋停板，從而實(shí)現(xiàn)濕紙巾箱子之間的相互間隔。左右導(dǎo)向定位擋停采用TCM25×30的雙杠氣缸，氣缸運(yùn)動(dòng)模塊上安裝了一塊紙箱定位板，當(dāng)箱子來的時(shí)候，左右導(dǎo)向定位擋停伸出，從而實(shí)現(xiàn)左右定位的作用。其主要的設(shè)計(jì)原理是，利用前后兩個(gè)擋停模塊，當(dāng)滾筒線沒有箱子的時(shí)候，前擋停升起，后擋?？s回。等待箱子傳送到指定位置，前后擋停中間的光電感應(yīng)開關(guān)觸發(fā)，從而馬上升起后擋停，攔住后面來的第二個(gè)箱子。這時(shí)候滾筒線停止工作，左右導(dǎo)向定位擋停伸出，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)濕紙巾箱子在滾筒線上的左右定位。提高了下一步運(yùn)動(dòng)的定位精度。3.3裝箱升降結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝箱升降結(jié)構(gòu)主要由裝箱頂部固定模塊、裝箱機(jī)構(gòu)升降平臺(tái)和裝箱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)模塊三部分組成如圖3-3所示。結(jié)構(gòu)主要采用同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，連接帶動(dòng)滾珠絲杠由原來的徑向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向做上下快速移動(dòng)動(dòng)作。。圖3-3裝箱升降結(jié)構(gòu)1-裝箱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)模塊2-裝箱機(jī)構(gòu)升降平臺(tái)3-頂部固定模塊3.3.1裝箱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)同步帶傳動(dòng)由于其傳動(dòng)精度高、傳送穩(wěn)定。從而在機(jī)械傳動(dòng)上得到了廣泛的應(yīng)用。同步帶傳動(dòng)是一種相互嚙合的傳動(dòng)方式，傳動(dòng)比取決于主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間的帶輪的齒數(shù)比。相對(duì)于傳動(dòng)的V帶傳動(dòng)和鏈條鏈輪傳動(dòng)來看，既避免了V帶傳動(dòng)時(shí)候由于V帶的彈性變形以及彈性滑動(dòng)造成的傳動(dòng)效率降低，又避免了鏈條傳動(dòng)中產(chǎn)生的震動(dòng)以及噪音。同步帶的傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)是，同步帶傳動(dòng)是通過同步帶內(nèi)表面等距分部的梯形齒與同步帶輪上相對(duì)應(yīng)的梯形齒槽之間的相互嚙合來進(jìn)行傳動(dòng)的。相對(duì)于其它傳動(dòng)而言，更適合設(shè)計(jì)要求，能夠保證較為嚴(yán)格和較高的傳動(dòng)比，同時(shí)在啟動(dòng)的時(shí)候不容易產(chǎn)生打滑的現(xiàn)象。同時(shí)，同步帶也有其不可避免的缺點(diǎn)，在同步帶傳動(dòng)時(shí)候，由于同步帶材質(zhì)的特點(diǎn)，使用的時(shí)間不斷加長，由于制造中的齒距誤差以及頻繁起動(dòng)產(chǎn)生的沖擊載荷，同步帶會(huì)產(chǎn)生嚙合，跳齒，爬齒以及震動(dòng)等不良情況。從而導(dǎo)致傳動(dòng)誤差的產(chǎn)生，影響傳動(dòng)精度。本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用了A型的同步帶，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，連接四個(gè)滾珠絲桿的同步帶輪呈四角均勻分布如圖3-4所示。圖3-4同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1-110HS28步進(jìn)電機(jī)2-同步帶張緊模塊同時(shí)，為解決同步帶在使用中產(chǎn)生的嚙合，跳齒等不良情況的發(fā)生，在整個(gè)同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在電機(jī)連接的同步帶輪前方加入了同步帶自調(diào)節(jié)張緊模塊，利用彈簧和螺紋連接，使整個(gè)張緊結(jié)構(gòu)能自己調(diào)節(jié)整個(gè)同步帶傳動(dòng)的張緊力，整個(gè)同步帶從電機(jī)連接的同步帶輪出發(fā)，同步帶經(jīng)過均勻分布的兩個(gè)張緊輪，再連接到均勻分布的四個(gè)同步帶輪上面如圖3-5所示。從而提高整個(gè)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的使用壽命和穩(wěn)定性。圖3-5同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-110HS28步進(jìn)電機(jī)2-同步帶輪3-軸承3.3.2裝箱機(jī)構(gòu)升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)裝箱機(jī)構(gòu)升降平臺(tái)主要設(shè)計(jì)作用是采用四個(gè)HLQ20×50滑臺(tái)氣缸做伸縮運(yùn)動(dòng)，利用氣缸上安裝的導(dǎo)向鈑金對(duì)箱子進(jìn)行二次定位作用。四個(gè)滑臺(tái)對(duì)稱安裝在升降平臺(tái)的中心線位置如圖3-6所示，當(dāng)紙箱經(jīng)過動(dòng)力滾筒線傳送到升降平臺(tái)下方，升降平臺(tái)通過四角連接的滾珠絲桿，整個(gè)平臺(tái)做下降運(yùn)動(dòng)，此時(shí)滑臺(tái)氣缸為伸出狀態(tài)。等升降平臺(tái)下降到設(shè)定的光電檢測位置時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)停止工作，升降平臺(tái)靜止在設(shè)定高度，這時(shí)候滑臺(tái)氣缸為縮回狀態(tài)，連接在滑臺(tái)氣缸前面的導(dǎo)向鈑金壓住濕紙巾箱子內(nèi)部的四邊，從而實(shí)現(xiàn)箱子的精確固定和定位。圖3-6裝箱機(jī)構(gòu)升降平臺(tái)4三維機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)4.1三維機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)的概況三維機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)目的是為了滿足生產(chǎn)要求，有的濕紙巾裝箱時(shí)候需要在兩排紙巾之間放置一塊間隔紙板。本設(shè)計(jì)選用三組直線模組湊成一套六個(gè)自由度的三維機(jī)械手，配合抓取模塊把需要放置的間隔紙板從紙板箱內(nèi)抓取送到箱子中間進(jìn)行固定。三維機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)主要由兩部分組成如圖4-1所示，三維機(jī)械手和紙板吸盤模塊。三維機(jī)械手安裝在同步提升裝箱機(jī)構(gòu)鋁型材底座的正上方，采用八個(gè)地腳與底座進(jìn)行螺紋連接。紙板吸盤模塊安裝在三維機(jī)械手中間的Z軸直線模組上面。利用模塊上面的真空負(fù)壓吸盤吸取間隔紙板。圖4-1三維機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)1-三維機(jī)械手2-紙板吸盤模塊4.2三維機(jī)械手的設(shè)計(jì)目前，自動(dòng)化行業(yè)對(duì)柔性生產(chǎn)要求越來越高，工業(yè)機(jī)器產(chǎn)品逐漸小型化，智能化。隨著直線模組的不斷發(fā)展，已經(jīng)慢慢背廣泛應(yīng)用各種更加智能化的設(shè)備之中。直線模組的優(yōu)點(diǎn)是，單體模塊的運(yùn)動(dòng)速度快，組裝方便，重復(fù)定位精度高。直線模組主要可以分為三類，同步帶型、滾珠絲桿型和直線電機(jī)型。本設(shè)計(jì)中三維機(jī)械手采用三組同步帶型CCM重載直線模組相互配合安裝而成如圖4-2所示。相較于一般的滾珠絲桿直線模組而言，同步帶直線模組的重復(fù)定位精度較高。而且速度更快，能夠有效的提高生產(chǎn)效率。圖4-2三維機(jī)械手4.2.1三維機(jī)械手尺寸的設(shè)計(jì)經(jīng)過整體的運(yùn)動(dòng)工作范圍仿真測試，三維機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)范圍必須滿足X軸760mm、Y軸400mm和Z軸500mm的移動(dòng)距離。本設(shè)計(jì)中三維機(jī)械手最底層采用兩個(gè)對(duì)稱的1000mm同步帶型CCM重載直線模組作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的Y軸移動(dòng)模塊安裝在同步提升裝箱機(jī)構(gòu)鋁型材底座上。兩個(gè)對(duì)稱Y軸直線模組之間用一塊鋼板進(jìn)行連接，模組與模組之間采用光桿和聯(lián)軸器進(jìn)行傳動(dòng)連接，共用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力輸出。X軸直線模組采用一個(gè)450mm的直線模組用專用地腳安裝在Y軸直線模組的鋼板上面。而Z軸的直線模組采用一個(gè)700mm的直線模組安裝在X軸直線模組的滑動(dòng)平臺(tái)上面。從而形成一個(gè)具有六個(gè)自由度的機(jī)械手，來滿足整體設(shè)計(jì)工作需求。4.3紙板吸盤模塊的設(shè)計(jì)紙板吸盤模塊主要由三部分組成如圖4-3所示。L型吸盤安裝板、紙板擋板和紙板吸盤板。L型吸盤安裝板和紙板吸盤板之間采用螺紋連接，整體安裝在三維機(jī)械手的Z軸底部，隨著Z軸的直線模組進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。圖4-3紙板吸盤模塊1-L型吸盤安裝板2-紙板擋板3-紙板吸盤板4.3.1紙板吸盤模塊尺寸的設(shè)計(jì)由于機(jī)器人搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)上的抓取模塊設(shè)計(jì)中兩包之間所留的間距只有46mm，所以設(shè)計(jì)紙板吸盤模塊整體尺寸厚度要小于抓取模塊的間距，同時(shí)兩個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，得保留安全間距。紙板吸盤模塊最大位置設(shè)計(jì)尺寸為30mm如圖4-4所示。留有16mm的安全間距。圖4-4紙板吸盤模塊設(shè)計(jì)尺寸圖紙板吸盤板采用一塊10mm的鋁板如圖4-5所示，鋁板下半部與紙板貼合的地方，對(duì)稱設(shè)計(jì)矩形排列了3×6個(gè)的吸氣孔。用于吸緊固定間隔紙板。其原理與吸盤抓取模塊的原理一致，都是利用真空發(fā)生器和海綿型真空吸盤通過氣管接通回路。然后與間隔紙板進(jìn)行接觸，啟動(dòng)真空設(shè)備進(jìn)行抽氣，這時(shí)候整個(gè)真空吸盤腔體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓氣體，從而把間隔紙板抓住。紙板吸盤板的氣動(dòng)快插接頭錯(cuò)位設(shè)計(jì)安裝在鋁板的兩側(cè)，快插接頭的最大位置直徑為12.5mm，滿足所需的設(shè)計(jì)間距。圖4-5紙板吸盤模塊吸氣孔位設(shè)計(jì)尺寸圖紙板吸盤板的吸氣孔排上方40mm，采用螺紋連接安裝一塊厚10mm的紙板擋板。其設(shè)計(jì)目的是為了防止機(jī)器人搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)上的抓取模塊進(jìn)入箱子中的時(shí)候，上面吸附抓取的濕紙巾包裝左右兩側(cè)會(huì)刮到紙板吸盤上面的間隔紙板。從而使間隔紙板掉落，阻礙下次的抓取運(yùn)動(dòng)，甚至?xí)簤暮竺嫜b箱的濕紙巾。5成品輸送線機(jī)構(gòu)5.1成品輸送線機(jī)構(gòu)的概況成品輸送線機(jī)構(gòu)是把已經(jīng)生產(chǎn)完成好的濕紙巾，經(jīng)過皮帶傳送到成品輸送線上。再經(jīng)過上面的分段式皮帶進(jìn)行分批傳送，運(yùn)用同步帶和間隔擋停把濕紙巾分組后，再由線性模組把濕紙巾推到堆放平臺(tái)上面，再由機(jī)器人搬運(yùn)抓取機(jī)構(gòu)進(jìn)行抓取裝箱。成品輸送線機(jī)構(gòu)主要由三部分組成如圖5-1所示，分段式皮帶組、過渡推板模塊和濕紙巾堆放平臺(tái)組成。三部分整體結(jié)構(gòu)采用4590鋁型材搭建而成，各部分采用90度直角角碼進(jìn)行連接。圖5-1成品輸送線機(jī)構(gòu)1-分段式皮帶組2-過渡推板模塊3-濕紙巾堆放平臺(tái)5.2分段式皮帶組的設(shè)計(jì)分段式皮帶組由三段輸送皮帶組成如圖5-2所示。第一段輸送皮帶主要作用是接入到濕紙巾生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程末端，用來輸送已經(jīng)完成好的濕紙巾，理論設(shè)計(jì)速度較慢，同時(shí)，在第一段輸送皮帶上面安裝一個(gè)圖像檢測裝置，來判斷濕紙巾的生產(chǎn)是否及格。第二段輸送皮帶主要作用是為了增加濕紙巾在傳送時(shí)候的間隔距離，從而速度是第一段輸送皮帶的兩倍。第三段輸送皮帶主要作用是暫存運(yùn)送過來的濕紙巾以及把不及格的濕紙巾傳送回廢品通道，第三段輸送皮帶的設(shè)計(jì)速度與第二段一致。圖5-2分段式皮帶組5.2.1分段式皮帶組的工作原理當(dāng)濕紙巾傳送到第一段輸送皮帶時(shí)候，會(huì)先通過一個(gè)圖像檢測裝置，判斷濕紙巾的面蓋位置是否貼合到位，如果位置偏移過大，會(huì)影響到后面抓取機(jī)構(gòu)的抓取效率，甚至?xí)谧ト∵^程中產(chǎn)生掉落現(xiàn)象，從而影響生產(chǎn)效率。等濕紙巾到了第二段輸送皮帶時(shí)候，濕紙巾會(huì)加速傳送到第三段輸送皮帶上面。第三段輸送皮帶上面設(shè)計(jì)了一個(gè)擋停氣缸，正常狀態(tài)下，擋停氣缸為伸出狀態(tài)，從而把濕紙巾攔住，當(dāng)在第一段輸送皮帶檢測到不及格的濕紙巾時(shí)候，擋停氣缸才會(huì)打開，把濕紙巾送到廢品通道。當(dāng)?shù)谝话鼭窦埥淼竭_(dá)第三段輸送皮帶時(shí)候，第三段輸送皮帶停止運(yùn)動(dòng)，過渡推板模塊伸出到第一位置，間隔住第一包濕紙巾。第二段輸送皮帶繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，等到第二包濕紙巾碰到過度推板時(shí)候，第二段輸送皮帶停止工作。過渡把兩包濕紙巾推進(jìn)濕紙巾堆放平臺(tái)上面，檢測到位后，再返回原來位置，繼續(xù)等待下一次的推進(jìn)工作循環(huán)。5.3過渡推板模塊的設(shè)計(jì)過渡推板模塊設(shè)計(jì)由于需要在兩個(gè)輸送皮帶之間進(jìn)行往復(fù)周期運(yùn)動(dòng)，所以本設(shè)計(jì)把整個(gè)線性模組安裝固定在輸送皮帶下方的鋁型材架子上面，線性模組上面安裝了一塊10mm的垂直擋停擋板，兩個(gè)輸送皮帶之間的間距為15mm，滿足運(yùn)動(dòng)需求。垂直擋停擋板主要是把第二包濕紙巾與第一包間隔開一個(gè)裝箱距離。垂直擋停擋板上面安裝了一塊平行擋停擋板，其作用是等兩包濕紙巾到位后，把濕紙巾推到指定位置。平行擋停擋板與輸送皮帶表面預(yù)留間距為3.5mm，保證過渡推板模塊能正常通過如圖5-3所示。圖5-3過渡推板模塊的推出機(jī)構(gòu)6濕紙巾裝箱設(shè)備運(yùn)動(dòng)仿真6.1濕紙巾裝箱設(shè)備的運(yùn)動(dòng)仿真分析利用NX自帶的運(yùn)